FlowVision

Программный комплекс FlowVision — комплексное многоцелевое решение для моделирования трехмерных течений жидкости и газа, созданный командой разработчиков компании ТЕСИС в тесном сотрудничестве с научно-исследовательскими организациями и промышленными предприятиями в России и за рубежом.

FlowVision основан на численном решении трехмерных стационарных и нестационарных уравнений динамики жидкости и газа, которые включают в себя законы сохранения массы, импульса (уравнения Навье-Стокса), уравнения состояния. Для расчета сложных движений жидкости и газа, сопровождаемых дополнительными физическими явлениями, такими, как, турбулентность, горение, контактные границы раздела, пористость среды, теплоперенос и так далее, в математическую модель включаются дополнительные уравнения, описывающие эти явления.

FlowVision использует конечно-объемный подход для аппроксимации уравнений математической модели. Уравнения Навье-Стокса решаются методом расщепления по физическим процессам (проекционный метод MAC).

FlowVision основан на следующих технологиях вычислительной гидродинамики и компьютерной графики:

• прямоугольная расчетная сетка с локальным измельчением расчетных ячеек
• аппроксимация криволинейных границ расчетной области методом подсеточного разрешения геометрии
• импорт геометрии из систем САПР и конечно-элементных систем через поверхностную сетку
• ядро программы написано на языке C++
• имеет клиент-серверную архитектуру
• пользовательский интерфейс — для операционных систем MS Windows и Linux
• система анализа результатов расчетов использует высококачественную графику на основе OpenGL

FlowVision построен на базе единой интегрированной среды, в которой препроцессор, решатель и постпроцессор объединены и работают одновременно.

В функциональное назначение препроцессора входит импортирование геометрии расчетной области из систем геометрического моделирования, задание модели среды, расстановка начальных и граничных условий, генерация или импорт расчетной сетки и задание критериев сходимости.

После этого управление передается решателю, который начинает процесс счета. При достижении требуемого значения критерия сходимости процесс счета может быть остановлен.

Результаты расчета непосредственно во время счета доступны для постпроцессора, в котором производится обработка данных — визуализация результатов и сохранение их во внешние форматы данных.

Такое построение позволяет проводить моделирование и одновременно, визуализируя значение любой газодинамической переменной, анализировать результаты расчета, менять граничные условия и параметры математической модели.

Архитектура программного комплекса FlowVision является модульной, что позволяет легко добавлять новые функциональные возможности и вносить улучшения.

FlowVision — инженерный инструмент, которому доверяют крупнейшие предприятия различных отраслей промышленности:

РКК «Энергия», ЦНИИМАШ, ММПП «САЛЮТ», НИКИЭТ, ОКБМ им. Африкантова, КБ «Южное», ОАО АК им. С.В.Илюшина, Арзамасский приборостроительный завод, ОАО «Вымпел», ТАНТК им. Бериева и другие.

Этими и др. предприятиями, КБ, НИИ и ВУЗами накоплен большой опыт использования комплекса FlowVision для решения производственных, научных и учебных задач.

В 2001 году, решением Главного Совета Министерства Российской Федерации, FlowVision был рекомендован для включения в программу преподавания механики жидкости и газа в ВУЗах России. В настоящее время FlowVision используется как составляющая часть учебного процесса ведущих ВУЗов России — МФТИ, МАИ, МЭИ, СПбГТУ, Владимирский университет и другие.

В 2005 году FlowVision прошел испытания и получил сертификат соответствия Госстандарта России.

FlowVision

• Области применения
• Основные характеристики
• Параллельные вычисления
• Система тестирования
• Сертификация и аттестация FlowVision
• Совместимость с отечественными ОС
• Лицензирование и услуги FlowVision
• Методика применения FlowVision
• Опыт использования
• Рекомендации по использованию
• FlowVision для ВУЗов: Академическая программа
• Поставка FlowVision и другие услуги

• внутренние течения и внешнее обтекание
• излучение и теплообмен, в том числе сопряженный
• химические реакции и горение
• многофазные течения (с частицами или с поверхностью раздела фаз)
• взаимодействие жидкости и конструкции (FSI)
• электромагнитные гидродинамические процессы и др.

FlowVision основан на численном решении трехмерных стационарных и нестационарных уравнений динамики жидкости и газа, которые включают в себя законы сохранения массы, импульса (уравнения Навье-Стокса), уравнения состояния. Для расчета сложных движений жидкости и газа, сопровождаемых дополнительными физическими явлениями, такими, как, турбулентность, горение, контактные границы раздела, пористость среды, теплоперенос и так далее, в математическую модель включаются дополнительные уравнения, описывающие эти явления. FlowVision использует конечно-объемный подход для аппроксимации уравнений математической модели.
Уравнения Навье-Стокса решаются методом расщепления по физическим процессам (проекционный метод MAC).

Ключевые особенности и преимущества FlowVision

Высокая точность

• подсеточное разрешение поверхностей
• сохранение массы в задачах со свободной поверхностью
• учет деформаций конструкции при решении комплексных задачи взаимодействия «жидкость — конструкция» (FSI)
• моделирование подвижных тел со сложным законом движения
• встроенная библиотека веществ

Быстрый результат

• автоматическое построение расчетной сетки
• удобный графический интерфейс для подготовки проекта
• гибридный метод распараллеливания вычислений позволяет эффективно использовать суперкомпьютерные ресурсы
• инструменты, упрощающие пакетные расчеты и пакетную пост-обработку результатов расчета
• использование модели зазора для тонких каналов позволяет избежать измельчения сетки

Интеграция и возможности расширения

• интеграция FlowVision с ведущими зарубежными и российскими прочностными программами позволяет решать задачи взаимодействия жидкости и конструкций (FSI)
• решение задач многокритериальной оптимизации
• возможность расширения FlowVision собственными модулями

Импортозамещение

• FlowVision включен в Единый реестр российских программ
• Совместимость FlowVision с отечественными операционными системами
• Интеграция с отечественным инженерным ПО: APM WinMachine, IOSO, КОМПАС-3D, pSeven
• Импорт 3D моделей в распространенных форматах максимально упрощает переход с иностранного ПО на FlowVision

Проверено, надежно

• FlowVision аттестован для проведения расчетов при проектировании атомных электростанций
• FlowVision получил сертификат соответствия Госстандарта России
• Десятки защищенных диссертаций и множество научных публикаций (подробнее. )
• FlowVision применяется в России, США, Китае, Турции, Индии, Европе (подробнее. )
• Применяется в научной и учебной работе в ведущих технических ВУЗах (МГТУ им. Баумана, МАИ, МФТИ, МЭИ и др.)

И ещё важное

• низкая стоимость в сравнении с зарубежными аналогами
• Постоянная быстрая русскоязычная техническая поддержка, документация и интерфейс
• прямой доступ к команде разработчиков даёт возможность заказа доработки комплекса под ваши конкретные нужды

FlowVision построен на базе единой интегрированной среды, в которой препроцессор, решатель и постпроцессор объединены и работают одновременно.

В функциональное назначение Препроцессора входит импортирование геометрии расчетной области из систем геометрического моделирования, задание модели среды, расстановка начальных и граничных условий, генерация или импорт расчетной сетки и задание критериев сходимости.

После этого управление передается Решателю, который начинает процесс счета. При достижении требуемого значения критерия сходимости процесс счета может быть остановлен.

Результаты расчета непосредственно во время счета доступны для Постпроцессора, в котором производится обработка данных — визуализация результатов и сохранение их во внешние форматы данных.
Такое построение позволяет проводить моделирование и одновременно, визуализируя значение любой газодинамической переменной, анализировать результаты расчета, менять граничные условия и параметры математической модели.

Архитектура программного комплекса FlowVision является модульной, что позволяет легко добавлять новые функциональные возможности и вносить улучшения.

FlowVision успешно используется во многих областях применения.

FlowVision — инженерный инструмент, которому доверяют крупнейшие предприятия различных отраслей промышленности:
РКК «Энергия», ЦНИИМАШ, ММПП «САЛЮТ», НИКИЭТ, ОКБМ им. Африкантова, КБ «Южное», ОАО АК им. С.В.Илюшина, Арзамасский приборостроительный завод, ОАО «Вымпел», ТАНТК им. Бериева и другие.

Этими и др. предприятиями, КБ, НИИ и ВУЗами накоплен большой опыт использования комплекса FlowVision для решения производственных, научных и учебных задач.

В 2001 году, решением Главного Совета Министерства Российской Федерации, FlowVision был рекомендован для включения в программу преподавания механики жидкости и газа в ВУЗах России. В настоящее время FlowVision используется как составляющая часть учебного процесса ведущих ВУЗов России – МФТИ, МАИ, МЭИ, СПбГТУ, Владимирский университет и другие (дополнительная информация в разделе Учебные пособия).

Области применения

Большое количество моделей физических процессов, реализованных во FlowVision, позволяет решать широкий спектр специализированных задач, возникающих в аэрокосмической индустрии:

• внешнее обтекание ЛА, в том числе с учетом работы двигателей
• обтекание крыльевых профилей
• моделирование полета от старта ракетоносителя до свехзвукового входа спускаемого аппарата в верхние слои атмосферы
• моделирование воздействия струи ракетного двигателя на стартовую позицию
• горение топлива в двигателе, образование токсичных продуктов сгорания
• движения газов и жидкостей по магистралям
• течения в дозвуковой и сверхзвуковой части сопла, теплообмен в рубашке охлаждения
• моделирование внештатных ситуаций
• движение газов и жидкостей по магистралям
• течение в многоступенчатом компрессоре

Работы выполненные в авиакосмической отрасли с использованием FlowVision Вы найдете в разделах: Опыт использования. АвиацияОпыт использования. Ракетная техника и космонавтика

Автомобильная промышленность

• внешнее обтекание автомобиля
• процессы в двигателях внутреннего сгорания
• вентиляция и подогрев салона, охлаждение подкапотного пространства
• расчет циркуляции масла в системах смазки механизмов
• моделирование заполнения бака топливом
• расчет систем климат-контроля автомобиля
• аквапланирование шины
• определение силы и момента силы сопротивления воздуха

Энергетика и металлургия

FlowVision является мощным средством для моделирования выработки и переноса энергии. Помогает понять в комплексе физические процессы, протекающие в энергетических установках:

• процессы горения и эмиссии
• моделирование работы котлов ТЭЦ и газотурбинных энергетических установок
• моделирование теплообменников
• сопряженный теплообмен газ-жидкость-твердое тело
• горение пульверизованного угля
• распределение температуры и продуктов сгорания в пламени, процессы образования окислов NОx
• потоки в трубах и газоходах
• литье и остывание расплавов металлов, расчет процесса затвердевания и кристаллизации

Нашими партнерами в области энергетики являются ЦНИИМАШ, Игл Дайнемикс, АО Ростовэнергоналадка, ЗАО Промсервис (Димитровград), ОКБ Машиностроения (Н-Новгород), АО Верхнесалдинское Металлургическое Производственное Объединение. Выполненные в этой области работы Вы найдете в разделе Опыт использования. Энергетика

Турбомашиностроение и двигателестроение

• моделирование рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания
• теплообмен в рубашке охлаждения
• течение в ступенях турбомашин: газовых, паровых, водяных турбин
• расчет компрессоров, вентиляторов и насосов различных типов
• моделирование работы камеры сгорания
• истечение из сопла
• внешнее и внутреннее охлаждение лопаток турбин

В программном комплексе FlowVision реализована технология «скользящих сеток», которая позволяет проводить расчеты взаимодействия типа «ротор-статор». В этом случае «ротор» считается во вращающейся системе координат, а «статор» в неподвижной системе координат. На границе стыковки областей расчета ротора и статора и реализуется технология «скользящих сеток». Такой подход позволяет решать широкий спектр проблем по моделированию различных лопаточных машин. Мы сотрудничаем с КБ САЛЮТ (Москва), ЗАО «ИнтеРе АО» (Химки, МО), НИИ Уралмет (Челябинск), ОАО Арзамасский Приборостроительный завод. Посмотреть работы выполненные с использованием FlowVision Вы можете в разделе Опыт использования. Турбомашины

Судостроение

Программный комплекс FlowVision используется при проектировании различных типов судов: сухогрузов, танкеров, судов на подводных крыльях, судов специального назначения и даже гидросамолетов.

• моделирование внешнего обтекания судна с учетом осадки корабля, волнения на поверхности воды и работы винта и т.д.
• решение задач оптимизации формы винта
• расчет взаимодействия корпуса и гребного винта
• моделирование процессов кавитации, глиссирования и др.

Мы сотрудничаем с АО Вымпел (Нижний Новгород), НПО АГАТ (подразделение морских систем ОКБ Сухого, С.-Петербург), ТАНТК им. Бериева (Таганрог), ФГУП Зеленодолькое ПКБ, компанией Digital Marine Technology.

Примеры использования FlowVision в судостроении — в разделе

Нефтегазовая и химическая промышленность

• моделирование движения нефти и газа в насосных станциях, трубопроводах
• движение нефти и газоконденсата в пластах месторождений
• задачи перемешивания жидкостей жидкостей в химических реакторах и специальных резервуарах, в том числе с учетом выделения тепла
• процессы удаления отложений в нефтяных резервуарах

Применение FlowVision в этих областях смотрите в разделе

Атомная промышленность

• моделирование теплового режима ядерных реакторов и хранилищ отработанного ядерного топлива
• моделирование движения теплоносителя первого контура в различных типах реакторов (водоводяных, жидкометаллических и пр.)
• расчет теплообменников
• проектирование насосов

Открытые работы в области атомной энергетики выполненные с использованием FlowVision Вы найдете в разделе

Строительство

• моделирование систем кондиционирования и вентиляции жилых и производственных помещений, залов и стадионов
• моделирование вентиляции микрорайонов
• определение ветровой нагрузки на здания и сооружения

Комплексные задачи мультифизики

Прямой интерфейс между FlowVision и прочностным комплексом SIMULIA Abaqus позволяет решать сложные задачи моделирования взаимодействия жидкости и конструкции (Fluid Structure Interaction, FSI), решать междисциплинарные задачи гидро- и аэроупругости (в том числе, для 2-х фазной среды: вода-воздух), учитывать сильное и слабое взаимодействие между жидкостью и конструкцией, включая сопряженный теплообмен и термопрочность. К таким задачам, например, относятся:

• авиация: флаттер крыла или лопаток турбореактивных двигателей, взлет и посадка гидросамолетов с учетом поведения конструкции, аварийное приземление и приводнение вертолетов
• судостроение: аэрогидродинамика судов на воздушной подушке, прочность конструкции корпусов скоростных судов при волновом ударе, сход судна со стапелей в воду, падение грузов в воду
• автомобильная промышленность: моделирование течений и температурных напряжений в двигателях внутреннего сгорания, моделирование работы эластичных уплотнений, динамические нагружение и деформация спойлеров и других частей
• шинная промышленность: аквапланирование колеса, анализ акустического шума автомобильной шины

Медицина, экология, другие отрасли

• медицина: моделирование движения крови в сосудах, в сердце, в искуственном клапане, течение газовоздушной смеси в дыхательных путях, моделирование насыщения потока крови кислородом
• экология: расчеты распространения выбросов в воздухе и воде, распространения пожаров и задымлений, локализации и ликвидации разливов нефти
• научные исследования
• образование

Предприятиями, КБ, НИИ и ВУЗами накоплен большой опыт в использовании FlowVision в этих и других областях применения.
Эти материалы Вы найдете в разделе FlowVision. Опыт использования.
Об использование FlowVision в образовании — смотрите разделы Образование и научные исследования и Учебные пособия
В разделе рекомендации по использованию Вы найдете методические материалы об особенностях использования различных моделей в тех или иных предметных областях.

При подготовке материала использовались источники:
https://ascon.ru/products/1290/
https://tesis.com.ru/own_design/flowvision/
https://tesis.com.ru/own_design/flowvision/applics.php